Лабораторная работа. 5 лаба. Лабораторная работа 5 Механические колебания. Цель работы
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
Лабораторная работа №5 Механические колебания. 1.Цель работы: Познакомиться с методикой и техникой демонстрационного эксперимента по данной теме. 2. Закрепить знания по определению характеристик колебательного движения. 3.Вопросы допуска: 1. Какое движение называют механическим колебанием? 2.Перечислите и дайте определения основным характеристикам колебательного движения. З.Что называют маятником? 4.Назовите виды механических колебаний и дайте их определения. 5.Что такое резонанс? Условия совершения резонанса. 4. Сделайте подписи к рисункам.  Рис.14 Виды колебательных систем Опыт 1. Виды маятников, изучаемых в школьном курсе физики. Оборудование: Набор пружин, тела разной формы (шар, цилиндр), два штатива, нить, секундомер. Ход выполнения задания: 1. Собрать пружинный и нитяной маятники. 2. Зарисовать установку опыта в тетради.  Рис. 15 Нитяной и пружинный маятник 3.Дайте сравнительные характеристики для обеих колебательных систем.
Опыт №2,3 Определение частоты и периода нитяного маятника. Оборудование: штатив, нить, металлический шарик, секундомер. Ход выполнения задания. 1. Измерьте длину нити маятника. Занесите результат измерения в таблицу. 2. Измерьте массу тела, подвешенного на пружине. 3. Определите время 10 колебаний маятника при измененной длине. 4. Подвесьте к пружине дополнительный груз так, чтобы масса маятника увеличилась в два раза. 5. На основании проведенных измерений вычислите период и частоту колебаний. 6. Занесите результаты вычислений в таблицу.
7. Сравните полученные значения периодов и частот. Зависят ли период и частота свободных колебаний от параметров колебательной системы? Назовите параметры колебательных систем. Поскольку  и  , то  и  Вычислите эти отношения по отдельности. Получилось ли равенство? Если нет, то почему? Отношение длин и масс маятников равно двум, следовательно, отношение периодов равно 1,4. А у вас?Опыт 4: Определение зависимости периода Т и частоты ν пружинного маятника от жесткости пружины. Оборудование: Набор пружин, тела разной массы, штатив, секундомер. Ход выполнения задания: 1 .К пружине подвесьте груз. Измерьте удлинение пружины и действующую силу упругости. Занесите результаты измерений в таблицу. 2.Определите жесткость пружины. Результаты вычисления занесите в таблицу. 3. Определите период и частоту колебаний маятника для первой пружины. Для этого определите время 10 колебаний. (Результаты можно взять для соответствующей массы груза из опыта 3). 4.Замените пружину. Ко второй пружине подвесьте груз. Измерьте удлинение пружины и действующую силу упругости. Занесите результаты измерений в таблицу. 5.Определите жесткость второй пружины. Результаты вычисления занесите в таблицу. 6.Определите период и частоту колебаний маятника для второй пружины. Для этого определите время 10 колебаний. 7.Сравните периоды колебаний двух пружинных маятников. Как это согласуется с теорией?
Опыт 5.Независимость периода и частоты нитяного маятника от массы груза. Ход выполнения задания: 1.Подвесьте на нити длиной l1 более тяжелый груз и проведите измерения.
2. На основе полученных измерений рассчитайте частоту и период. 3.Сравните полученные результаты с данными опыта 2 и запишите выводы. Период: m1=6,2; m2=6,3; частота: m1=0,16; m2=0,17; Опыт 6. Резонанс нитяных маятников. Оборудование: 2 штатива с 4 связанными нитяными маятниками.  Рис. 16. Нитяные маятники Советы: обратите внимание на роль нитки-подвеса или стержня в опыте, устойчивости штативов; подумайте, как передается энергия от одного маятника к другому. Возьмите установку, состоящую из двух штативов, трубки, к которой прикреплены маятники. Два из маятников имеют одинаковую длину. Сначала можно продемонстрировать, что маятники разной длины колеблются каждый со своим периодом, и синхронизации не наступает. Затем раскачивается один из двух одинаковых маятников, остальные в этот момент неподвижны. Объяснить процессы, происходящие со всеми маятниками с течением времени. Вывод: нитяным маятником называют тело на невесомой нерастяжимой нити, совершающее колебания. Для этой модели важно, чтобы размеры тела были малы по сравнению с длиной нити. В таком случае говорят: формой и размерами тела можно пренебречь (то есть в данных условиях не принимать их во внимание).
Опыт 7. Демонстрации с волновой машиной. Основное оборудование: волновая машина. Продемонстрируйте продольные, поперечные, стоячие волны.  Рис. 19. Поперечная волна на волновой машине. Приложение. Описание волновой машины. Волновая машина предназначена для демонстрации волнообразных движений при изучении темы «Колебания и волны», способна воспроизводить картину волнообразного движения. При демонстрациях прибор позволяет менять частоту, амплитуду колебаний, направление распространения волн, расположение пучностей и узлов стоячей волны. Прибор представляет собой прямоугольную панель, установленную на чугунной подставке. На ее лицевой стороне на равных расстояниях подвешены 13 стержней с насаженными на них шариками. Шарики приводятся в движение двумя системами нитей, одна из которых предназначена для получения картины поперечных волн, другая – продольных. Каждый стержень с находящимся внизу шариком служит как бы маятником, который пружиной, находящейся у точки подвеса, отжимается вправо, но удерживается в вертикальном положении нитью, привязанной к его нижнему концу и подтягивающей его влево. Нити от каждого маятника пропущены через 12 отверстий в панели, расположенных по окружности. На обратной стороне панели нити скреплены вместе общим зажимом с ручкой. Зажим состоит из 3 шайб, скрепленных винтом, головка которого служит ручкой. При слабом сжатии шайб возможна регулировка каждой нити, после чего шайбы сжимаются винтом и прочно закрепляют нити. Зажим натяжением нитей прижимается к панели и удерживается в любом месте внутри ряда отверстий. Для получения поперечных волн служит вторая система нитей. Каждая из нитей этой системы привязана к одному из шариков, огибает крючок от места подвеса стержня и прикрепляется к краю металлического диска, в котором содержатся винтовые зажимы для нитей. Для установки диска в рабочее положение стержень ввинчивается в основание, прикрепленное к панели, после чего диск оттягивается от панели и насаживается своим центральным отверстием на винт шарнира, на который затем навинчивается рукоятка. При таком положении диска все шарики поднимаются на уровень белой линии на лицевой стороне панели, и прибор готов к демонстрации поперечных волн. Для демонстрации продольных волн и хранения прибора отвинчивают рукоятку и стержень с шарниром, диск надевают на основание и винтом шарнира диск привинчивают к основанию. К свободному концу стержня привинчивают рукоятку, которую вкладывают затем в специальный зажим у нижнего края панели. При таком положении все шарики опущены вниз. Волновая машина дает возможность демонстрировать: 1. Колебательные движения частицы. Диск устанавливается в рабочее положение, с помощью муфты исключаются из работы 12 шариков, поднятых к верхней планке прибора. Двигая рукоятку так, чтобы конец ее описывал окружность, заставляют оставшийся шарик совершать колебательные движения. 2. Колебательные движения двух частиц с разностями фаз от 0 до 360° (через 30°). Исключают из работы 11 шариков и демонстрируют аналогично колебания двух шариков. 3. Последовательные стадии образования поперечной волны. Диск прибора приводят в положение, при котором шарики опущены к нижней планке, затем с помощью муфт шарики поднимают на уровень белой черты. Затем шарики устанавливают соответственно образованию поперечной волны (рис. 13). 4. Распространение поперечных волн. Взявшись за рукоятку, вращают ее в каком-либо направлении. От направления и скорости вращения зависят направление и скорость распространения волн. 5. Распространение продольных волн. Шарики опускают к нижней планке прибора. Взявшись за рукоятку нитяного зажима, вращают ее по окружности, начерченной на панели. От направления и скорости вращения зависят направление и скорость распространения волн. 6. Стоячие волны (продольные и поперечные). Для получения стоячих поперечных волн рукоятке диска сообщают колебательное движение к какой-либо плоскости, перпендикулярной к плоскости панели. Для получения стоячих продольных волн ручку зажима двигают прямолинейно по диаметру окружности, на которой размещены отверстия. Расположение узлов и пучностей стоячих поперечных и продольных волн определяется выбором направления движения рукоятки. 5.Контрольные вопросы 1 .От чего зависят частота и период колебаний нитяного и пружинного мятников? 2.Какое оборудование и как его подготовить для осуществления графической записи колебаний? 3.Опишите движение математического маятника за половину периода, учитывая следующие характеристики: соотношение сил в колебательной системе, соотношений видов механической энергии; изменение скорости, ускорения, перемещения. 4.Как продемонстрировать виды колебаний? Отчет о работе
Приложение:  Волновая машина. Рис.1  Волновая машина Рис.2  Пружинный маятник Математический маятник  Механические колебания. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
